气体不敏感的质量流量控制系统和方法技术方案

公开了用于控制通过主管道的气体的质量流速的气体不敏感的系统和方法。所述方法包括：在辅管道中产生具有变化压力的评估流；基于所述评估流的压力的变化率来计算所述评估流的流速的第一测量；以及利用受所述气体的组成影响的质量流量计来测量所述评估流，以产生所述评估流的流速的第二测量。基于所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成调节信号，并且通过利用所述调节信号调节质量流量控制器的测量流量信号来生成气体校正后流量信号。所述质量流量控制器使用所述气体校正后流量信号来控制通过所述主管道的气体的流速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体不敏感的质量流量控制系统和方法
本专利技术涉及用于质量流量控制的系统和方法。特别但非限制性地，本专利技术涉及用于气体不敏感的质量流量控制的系统和方法。
技术介绍
通常的质量流量控制器(MFC)是用于设置、测量和控制流体(例如，气体或液体)的流量的装置。MFC的重要部分是用于测量流过该装置的流体的质量流速的传感器。MFC将传感器的输出信号与预定设置点进行比较，并且调节控制阀以使气体的质量流速保持在预定设置点处。通常相对于精密质量流量计来校准MFC的质量流量传感器，使得MFC传感器的输出信号(使用校准数据)被调节为与精密质量流量计的测量流量一致。质量流量控制器的校准通常由MFC制造商利用校准气体(通常为氮气(N2))来进行。通常，所获得的校准数据是与气体有关的，特别是在热质量流量传感器的情况下。作为结果，当MFC正利用校准气体以外的气体进行工作时，校准数据可能导致MFC提供与期望设置点不一致的流速。由于当正被控制的气体与校准气体不同时、质量流量控制器趋于不精确，因此利用了诸如图7中所描绘的系统等的工具体流量验证系统来提供与MFC的测量进行比较的参考流量测量。这些流量验证系统可以利用与MFC的测量进行比较的基于周期性压力的流量测量。例如，已知利用周期性的上升率或衰减率测量来判断MFC的测量流量是否由于正被控制的流体的组成变化而偏离实际流量。
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，这些上升率和衰减率系统仅提供参考信息(例如，作为警报)，并且这些系统可能干扰正被控制的流体的流动。如图7所示，例如，在与质量流量控制器相同的流路中设置所描绘的衰减率系统；因此会干扰被控制流体的流动。此外，如果正被控制的流体的流速非常高(例如，超过100升/分钟)，则图7中的衰减率系统将需要非常大的容纳室来精确地测量流量。因此，上升率和衰减率系统通常不与高流速系统结合使用。附图中所示的本专利技术的典型实施例总结如下。在具体实施方式部分更全面地描述了这些以及其它实施例。然而，应当理解，并不意图将本专利技术限制为本专利技术的
技术实现思路
或具体实施方式中所述的形式。本领域技术人员可以认识到，存在落在如权利要求中所表达的本专利技术的精神和范围内的许多修改、等同项和替代构造。用于解决问题的方案根据一个方面，质量流量控制系统包括：主管道，用于引导气体的流动；调节系统，其被配置为将来自所述主管道的气体的一部分转移至辅管道、并且提供在所述气体的组成改变时改变的调节信号。所述调节系统包括：加压系统，用于在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；变化率流量计，用于基于所述评估流的压力的变化率来提供所述评估流的评估流速的第一测量。所述调节系统还包括：质量流量计，其被设置为提供通过所述辅管道的评估流的流速的第二测量；以及调节组件，用于基于所述评估流的流速的第一测量和第二测量之间的差来生成所述调节信号。质量流量控制器可操作地连接至所述主管道以控制所述气体的主流速。所述质量流量控制器包括：阀，其被设置在所述主管道中以控制通过所述主管道的气体的主流速；质量流量测量系统，其被配置为基于通过所述主管道的气体的流速来生成测量流量信号；校正模块，其被配置为利用所述调节信号来调节所述测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及控制器，其被配置为控制所述阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的流速等于设置点。根据另一方面，用于控制气体的流速的方法包括：利用质量流量控制器来控制通过主管道的气体的流速；将所述气体的一部分转移至辅管道；在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；基于所述评估流的变化压力的变化率来计算所述评估流的流速的第一测量；利用受所述气体的组成影响的质量流量计来测量所述评估流的流速，以产生所述评估流的流速的第二测量；以及基于所述评估流的流速的第一测量和第二测量之间的差来生成调节信号。利用所述调节信号来调节所述质量流量控制器的测量流量信号以生成气体校正后流量信号，并且控制所述质量流量控制器的阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的流速等于设置点。附图说明图1是描绘质量流量控制系统的实施例的框图。图2是描绘可以结合图1中的质量流量控制系统来详细讨论的方法的流程图。图3是进一步示出图1中所描绘的质量流量控制器的实施例的详情的框图。图4A是描绘图1中的质量流量计的实施例的框图。图4B是描绘图1中的质量流量计的另一实施例的框图。图5是描绘图1中所描绘的变化率流量计的实施例的框图。图6是描绘可用于实现这里所述的一个或多个组件的物理组件的图。图7是描绘现有技术的方面的框图。具体实施方式这里使用词语“典型”来表示“用作示例、实例或说明”。这里描述为“典型”的任何实施例未必被解释为优选于或优于其它实施例。参考图1，示出包括质量流量控制器102和调节系统104的气体不敏感的质量流量控制系统100。一般来说，质量流量控制器102进行工作以控制经由主管道106而提供至使用气体的其它系统(未示出)(例如，燃料电池系统)的气体的主流速。如这里进一步所述，质量流量控制器102的质量流量测量系统(图1中未示出)的精度基于受控气体的组成而变化。更具体地，如果气体的化学组成诸如由于气体的污染等而变动，则质量流量控制器102的控制系统的精度(在没有来自调节系统104的调节信号108的情况下)将变化。如本领域普通技术人员将容易理解的，可以利用校准气体对质量流量控制器102进行精度校准，但是如果受控气体的组成与校正气体不同，则质量流量控制器102内的感测组件将提供不精确地表示气体的流速的流量信号。例如，在一些实现中，质量流量控制器102利用会受到受控气体的组成的影响的热质量流量传感器技术。调节系统104一般进行工作以在气体组成改变时向质量流量控制器102提供调节信号，使得质量流量控制器102可以精确地满足气体流量的设置点。如图所示，调节系统104可操作地经由辅管道110而连接至主管道106。调节系统104包括加压系统，其中该加压系统包括上游阀112、下游阀114和评估流控制器115，该评估流控制器115一般进行工作以产生通过辅管道110的包括已知体积120的部分119的评估流116。调节系统104还包括变化率流量计118，其中变化率流量计118基于评估流116的压力的变化率来提供评估流116的流速的基本上与气体组成无关的第一测量121。在图1所描绘的实施例中，变化率流量计118包括压力传感器125和温度传感器132，并且被设置且配置为如下的衰减率流量计，其中在该衰减率流量计中，控制上游阀112和下游阀114以对已知体积120中的气体进行加压、然后释放加压气体以产生具有随着气体离开已知体积120而减小的压力的评估流116。在释放气体时，利用变化率流量计118和质量流量计122这两者来测量评估流116。与质量流量控制器102相同，本实施例中的质量流量计122的精度也会受到气体组成的影响。作为结果，质量流量计122提供评估流16的流速的与气体组成相关的第二测量124。例如，在一些实现中，质量流量计122和质量流量控制器102利用相同或非常类似的流速感测技术，使得针对质量流量控制器102的精度的任何气体组成相关的影响由质量流量计122反映。在一些实施例中，质量流量控制器102和质量流量计122这两者利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质量流量控制系统，包括：主管道，用于引导气体的流动；调节系统，其经由辅管道而连接至所述主管道，所述调节系统被配置为将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道、并且提供在所述气体的组成改变时改变的调节信号，所述调节系统包括：加压系统，用于在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；变化率流量计，用于基于所述评估流的压力的变化率来提供所述评估流的流速的第一测量；质量流量计，其被设置为提供通过所述辅管道的评估流的流速的第二测量；调节组件，用于基于所述评估流的流速的所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成所述调节信号；质量流量控制器，其可操作地连接至所述主管道以控制所述气体的主流速，其中所述质量流量控制器包括：阀，其被设置在所述主管道中以控制通过所述主管道的气体的主流速；质量流量测量系统，其被配置为基于通过所述主管道的气体的主流速来生成测量流量信号；校正模块，其被配置为利用所述调节信号来调节所述测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及控制器，其被配置为控制所述阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的主流速等于设置点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.29 US 62/272,3151.一种质量流量控制系统，包括：主管道，用于引导气体的流动；调节系统，其经由辅管道而连接至所述主管道，所述调节系统被配置为将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道、并且提供在所述气体的组成改变时改变的调节信号，所述调节系统包括：加压系统，用于在所述辅管道中产生具有变化压力的评估流；变化率流量计，用于基于所述评估流的压力的变化率来提供所述评估流的流速的第一测量；质量流量计，其被设置为提供通过所述辅管道的评估流的流速的第二测量；调节组件，用于基于所述评估流的流速的所述第一测量和所述第二测量之间的差来生成所述调节信号；质量流量控制器，其可操作地连接至所述主管道以控制所述气体的主流速，其中所述质量流量控制器包括：阀，其被设置在所述主管道中以控制通过所述主管道的气体的主流速；质量流量测量系统，其被配置为基于通过所述主管道的气体的主流速来生成测量流量信号；校正模块，其被配置为利用所述调节信号来调节所述测量流量信号以生成气体校正后流量信号；以及控制器，其被配置为控制所述阀，使得所述气体校正后流量信号表示通过所述主管道的气体的主流速等于设置点。2.根据权利要求1所述的质量流量控制系统，其中，所述质量流量控制器具有至少为100升/分钟的工作范围。3.根据权利要求1所述的质量流量控制系统，其中，所述加压系统包括：上游阀和下游阀，所述上游阀和所述下游阀被设置在所述辅管道内，其中所述质量流量计和所述变化率流量计被设置在所述上游阀和所述下游阀之间；其中，所述加压系统还包括被配置为进行以下操作的评估流控制器：打开所述上游阀以将来自所述主管道的气体的一部分转移至所述辅管道，并且关闭所述下游阀以对所述气体进行加压；在关闭所述下游阀的同时关闭所述上游阀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞恩·约翰逊，阿列克谢·V·斯米尔诺夫，帕特里克·奥尔布赖特，塞·乔丹，阿伦·纳戈拉杰，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP